[논문 리뷰] Measurement of the Spin-Dependence of the pbar-p Interaction at the AD-Ring

C. Barschel, U. Bechstedt외 107명|arXiv (Cornell University)|2009. 04. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 12인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 CERN의 AD 고리 내에서 투과된 편광된 수소 기체 표적을 이용한 스핀 필터링을 통해 50–450 MeV 범위의 반양성자-양성자 (p̄p) 상호작용에서 스핀에 의존하는 총 단면적 σ₁ 및 σ₂를 처음으로 측정한다. 이 방법은 저장된 반양성자의 편광 강도를 증가시켜, 휘도 >10³¹ cm⁻²s⁻¹인 미래의 FAIR에서의 双-편광된 p̄p 충돌기 구현과 양성자 횡편광 및 전자기 형상요소와 같은 핵심 양자 chromodynamics(QCD) 스핀 관측량에의 접근을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We propose to use an internal polarized hydrogen storage cell gas target in the AD ring to determine for the first time the two total spin-dependent pbar-p cross sections sigma_1 and sigma_2 at antiproton beam energies in the range from 50 to 450 MeV. The data obtained are of interest by themselves for the general theory of pbar-p interactions since they will provide a first experimental constraint of the spin-spin dependence of the nucleon-antinucleon potential in the energy range of interest. In addition, measurements of the polarization buildup of stored antiprotons are required to define the optimum parameters of a future, dedicated Antiproton Polarizer Ring (APR), intended to feed a double-polarized asymmetric pbar-p collider with polarized antiprotons. Such a machine has recently been proposed by the PAX collaboration for the new Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) at GSI in Darmstadt, Germany. The availability of an intense stored beam of polarized antiprotons will provide access to a wealth of single- and double-spin observables, thereby opening a new window on QCD spin physics.

연구 동기 및 목표

• 50–450 MeV 범위의 반양성자 에너지에서 두 총 스핀에 의존하는 p̄p 단면적 σ₁ 및 σ₂를 처음으로 측정하기 위해.
• 내부 편광된 수소 기체 표적으로서의 스핀 필터링을 이용해 저장된 반양성자의 편광 강도를 증가시키는 것을 입증하기 위해.
• 미래의 FAIR에서의 Antiproton Polarizer Ring(APR) 설계에 필수적인 입력 자료를 제공하기 위해.
• 휘도가 10³¹ cm⁻²s⁻¹를 초과하는 이중 편광된 비대칭 p̄p 충돌기를 FAIR에서 실현하기 위해.
• 핵심 QCD 스핀 관측량, 특히 양성자 횡편광 및 전자기 형상요소에 대한 새로운 접근을 열기 위해.

제안 방법

• AD 고리 내 저장된 반양성자를 스핀 필터링시키기 위해 내부 편광된 수소(또는 중수소) 기체 표적으로 사용하기 위해.
• 반양성자 편광 강도 증가율을 측정함으로써 스핀에 의존하는 p̄p 단면적을 측정하기 위해, 이는 σ₁ 및 σ₂에 의존한다.
• 표적 편광 및 비임 편광을 현장에서 모니터링하기 위해 브라이트-라비 편광계 및 표적 기체 분석기를 구현하기 위해.
• 450 MeV 반양성자 비임 에너지까지 전자 냉각을 가능하게 하기 위해 AD 전자 냉각기의 성능을 300 keV로 업그레이드하기 위해.
• σ₂ 측정을 위해 종방향 스핀 방향을 안정화하기 위해 AD 고리에 솔레노이드형 시버리안 스네이크를 설치하기 위해.
• 표적의 횡방향 및 종방향 편광 구성 방식을 사용하여 σ₁ 및 σ₂를 별도로 결정하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 50–450 MeV 에너지 범위에서 두 총 스핀에 의존하는 p̄p 단면적 σ₁ 및 σ₂의 값은 무엇인가?
• RQ2 50 MeV까지의 비임 에너지에서 내부 편광 기체 표적으로서의 스핀 필터링이 저장된 반양성자를 효율적으로 편광시킬 수 있는가?
• RQ3 이 방법을 사용할 경우 AD 고리 내 반양성자 편광 강도 증가율은 얼마이며, 표적 편광도 및 비임 에너지에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 스핀 필터링 중 다중 산란 보정을 효과적으로 수행하기 위해 AD 고리를 450 MeV까지 전자 냉각을 지원하도록 업그레이드할 수 있는가?
• RQ5 FAIR에서 이중 편광된 p̄p 충돌기를 위해 약 15%의 편광도를 갖는 반양성자 빔을 공급하기 위한 향후 APR의 요구 사양은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 방법은 이전의 보조 편광 빔보다 최소 10개의 지수 차수 높은 강도를 갖는 편광된 반양성자 빔을 생성할 것으로 예상된다.
• 기존의 AD 전자 냉각기를 사용하여 횡방향 표적 편광을 이용한 편광 강도 증가 연구는 30–70 MeV 비임 에너지 범위에서 실현 가능하다.
• 에너지 범위를 450 MeV까지 확장하고 전체 스핀 필터링 측정을 가능하게 하기 위해 전자 냉각기의 300 keV 업그레이드가 필요하다.
• σ₂ 측정을 위해 반양성자 빔의 스핀 방향을 안정화하기 위해 시버리안 스네이크의 설치가 필수적이다.
• 횡방향 편광을 사용한 3단계 측정은 2012년에 약 6주간의 비임 시간이 필요할 것으로 예상된다.
• 종방향 편광 및 시버리안 스네이크의 전면 콘피그레이션을 포함한 7단계 측정은 2014년에 약 8주간의 비임 시간이 필요할 것으로 예상된다.